CN108809194A - 一种基于实时控制器的电机驱动测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于实时控制器的电机驱动测试系统，包括实时控制器，开源四象限驱动器、可编程直流电源、传感器测量模块、电机模块、PC机以及上位机；实时控制器，用于接收传感器测量模块采集的电流和电压采样信号，并根据PC机仿真的测试算法输出驱动信号；开源四象限驱动器，用于接收并放大驱动信号并输出电机驱动控制信号至电机模块；可编程直流电源，用于向开源四象限驱动器提供直流母线电压，并将电流和电压检测信号发送至实时控制器；传感器测量模块，与电机模块连接，用于采集电机模块的电流和电压采样信号并发送至实时控制器。本发明电机驱动测试系统及方法，具有良好的兼容性和扩展性，可提供快速便捷的开发环境，集成性高、安全可靠。

Description

一种基于实时控制器的电机驱动测试系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于实时控制器的电机驱动测试系统及方法，属于电机测试技术领域。

背景技术

近年来，随着分布式新能源及高精度制造的迅速发展，促进了电机驱动技术在多种高精度制造和跟踪系统中的广泛应用，其应用场合包括：新能源发电系统、工业自动化系统及军事航天等领域。作为最常见和基础的控制和能源转换装置，电机驱动系统的跟踪精度、响应速度和抗干扰能力都对与其连接的电气设备起到至关重要的作用，因而对于现代电机驱动技术的高精度控制受到越来越多的关注。因此，为降低研究的时间成本和提高测试效率，研究一种具有良好的兼容性和扩展性、提供快速便捷的开发环境、集成多种运行状态和安全可靠的现代电机驱动技术研究测试系统就显得尤为必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于实时控制器的电机驱动测试系统及方法，该测试系统具有良好的兼容性和扩展性，可提供快速便捷的开发环境，集成性高、安全可靠。

本发明提供技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种基于实时控制器的电机驱动测试系统，包

括：实时控制器，与所述实时控制器连接的开源四象限驱动器、可编程直流电源、传感器测量模块、电机模块、用于进行测试算法离线仿真的 PC机以及用于显示测试数据的上位机，所述电机模块包括测试电机和校准电机；

实时控制器，用于接收所述传感器测量模块采集的电流和电压采样信号，并根据PC机仿真的测试算法输出驱动信号；

开源四象限驱动器，用于接收并放大所述实时控制器输出的驱动信号，输出电机驱动控制信号至所述电机模块；

可编程直流电源，用于向所述开源四象限驱动器提供直流母线电压，并将电流和电压检测信号发送至所述实时控制器；

传感器测量模块，与所述电机模块连接，用于采集所述电机模块的电流和电压采样信号并发送至所述实时控制器。

根据本发明的一实施方式，所述实时控制器为dSPACE实时控制器，包括模拟输入/输出接口、数字输入/输出接口、CAN通信接口、以太网接口以及位置编码器接口。

根据本发明的另一实施方式，所述dSPACE实时控制器的模拟输入接口连接所述传感器测量模块的输出端，所述dSPACE实时控制器的数字输出接口连接所述开源四象限驱动器的输入端，所述dSPACE实时控制器的位置编码器接口连接所述电机模块的输出端，所述dSPACE实时控制器与PC机及上位机均通过以太网相连接，进行数据的实时交换。

根据本发明的另一实施方式，所述开源四象限驱动器包括直流母线、通用三相桥单元、与所述通用三相桥单元连接的IGBT驱动单元以及接口单元，所述接口单元包括1组三相PWM接口和3组IO模拟PWM接口，所述通用三相桥单元和IGBT驱动单元分别通过1组三相PWM接口和3组IO模拟PWM接口连接所述实时控制器。

根据本发明的另一实施方式，所述传感器测量模块包括不同量程的多个霍尔电流传感器和电压传感器，分别用于获取所述电机模块的电流和电压采样信号。

根据本发明的另一实施方式，还包括与所述传感器测量模块连接的信号调理模块，用于调理所述电流和电压采样信号。

根据本发明的另一实施方式，还包括联轴器和支撑架，所述校准电机和测试电机安装于所述支撑架上， 所述校准电机和测试电机的电机主轴通过联轴器连接。

另一方面，本发明还提供了一种基于实时控制器的电机驱动测试方法，包括：

步骤a: PC机发送测试算法及控制参数到所述实时控制器；

步骤b: 实时控制器运行所述测试算法并发送驱动信号至所述开源四象限驱动器；

步骤c: 开源四象限驱动器生成电机驱动控制信号至所述电机模块；

步骤d: 电机模块根据所述电机驱动控制信号运转并输出性能参数值;

步骤e: 传感器模块采集所述电机模块的电压和电流采样信号并发送至所述上位机；

步骤f : 上位机实时显示接收到的测试数据；

步骤g: PC机调整所述控制参数并发送到所述实时控制器；

重复上述步骤a-g直至完成测试电机的所有输出性能参数的测量。

本发明的有益效果如下：

本发明。

附图说明

图1为本发明的一种基于实时控制器的电机驱动测试系统的一个实施

例的结构框图；

图2为本发明的一种基于实时控制器的电机驱动测试系统的另一个实施例的局部结构框图；

图3为本发明的一种基于实时控制器的电机驱动测试方法的一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，如图1-2所示，本发明实施例提供了一种基于实时控制器的

电机驱动测试系统，包括：实时控制器10，与所述实时控制器10连接的开源四象限驱动器20、可编程直流电源30、传感器测量模块40、电机模块50、用于进行测试算法离线仿真的PC机60以及用于显示测试数据的上位机70，所述电机模块50包括测试电机51和校准电机52（未图示）；

实时控制器10，用于接收所述传感器测量模块采集的电流和电压采样信号，并根据PC机仿真的测试算法输出驱动信号；

开源四象限驱动器20，用于接收并放大所述实时控制器输出的驱动信号，输出电机驱动控制信号至所述电机模块；

可编程直流电源30，用于向所述开源四象限驱动器提供直流母线电压，并将电流和电压检测信号发送至所述实时控制器；

传感器测量模块40，与所述电机模块连接，用于采集所述电机模块的电流和电压采样信号并发送至所述实时控制器。

本发明实施例的一种基于实时控制器的电机驱动测试系统通过实时控制器接收传感器测量模块采集的电流和电压采样信号，并根据PC机仿真的测试算法输出驱动信号，开源四象限驱动器放大驱动信号后输出电机驱动控制信号控制电机模块运转，同时与电机模块连接的传感器测量模块采集电流和电压采样信号发送到实时控制器，实时控制器接收到的电流和电压采样信号以及电机模块转速、转矩等测试数据上传到上位机进行分析显示。本发明实施例的电机驱动测试系统结构简单，可提供快速便捷的开发环境，集成性高、安全可靠。

作为一个举例说明，本发明实施例的电机驱动测试系统的实时控制器

为dSPACE实时控制器，包括模拟输入/输出接口、数字输入/输出接口、CAN通信接口、以太网接口以及位置编码器接口。

本发明实施例的电机驱动测试系统采用基于dSPACE的实时控制器，可以实现和MATLAB/Simulink 的无缝连接，集成多种运行状态，无需更改硬件就可进行多种运行模式的切换，适应多种测试要求，简单完备的安全保护体系和可靠的运行环境，提高研究及测试的效率。

作为另一个举例说明，本发明实施例的电机驱动测试系统的dSPACE实时控制器的模拟输入接口连接所述传感器测量模块的输出端，所述dSPACE实时控制器的数字输出接口连接所述开源四象限驱动器的输入端，所述dSPACE实时控制器的位置编码器接口连接所述电机模块的输出端，所述dSPACE实时控制器与PC机及上位机均通过以太网相连接，进行数据的实时交换。

作为另一个举例说明，本发明实施例的电机驱动测试系统的开源四象限驱动器20包括直流母线21（未图示）、通用三相桥单元22、与所述通用三相桥单元连接的IGBT驱动单元23以及接口单元24，所述接口单元包括1组三相PWM接口和3组IO模拟PWM接口，所述通用三相桥单元和IGBT驱动单元分别通过1组三相PWM接口和3组IO模拟PWM接口连接所述实时控制器。本发明实施例的通用三相桥模块，其指标为直流母线电压600V，额定容量15KVA，直流母线和通用三相桥模块交流侧均安装螺栓式熔断器，IGBT驱动模块，其指标为最大可以50KHz频率驱动1200V/ 200A IGBT,每路IGBT驱动都采用双路推挽扩流，配合优良的散热设计，以较小的温升获得4A的驱动能力。

作为另一个举例说明，本发明实施例的电机驱动测试系统的传感器测量模块40包括不同量程的多个霍尔电流传感器和电压传感器，分别用于获取所述电机模块的电流和电压采样信号。霍尔电流传感器的额定电流范围为25A至100A，电压传感器适应不同电压范围，最大DC600V/AC400V。采用霍尔电流传感器与电压传感器分离，增加系统灵活性，方便电源线布线。

作为另一个举例说明，本发明实施例的电机驱动测试系统还包括与所述传感器测量模块40连接的信号调理模块80，用于调理所述电流和电压采样信号。

作为另一个举例说明，本发明实施例的电机驱动测试系统还包括联轴器90和支撑架91（未图示），所述校准电机和测试电机安装于所述支撑架上， 所述校准电机和测试电机的电机主轴通过联轴器连接。

另一方面，如图3所示，本发明实施例还提供了一种基于实时控制器的电机驱动测试方法，包括：

步骤100: PC机发送测试算法及控制参数到所述实时控制器；

步骤200: 实时控制器运行所述测试算法并发送驱动信号至所述开源四象限驱动器；

步骤300: 开源四象限驱动器生成电机驱动控制信号至所述电机模块；

步骤400: 电机模块根据所述电机驱动控制信号运转并输出性能参数值;

步骤500: 传感器模块采集所述电机模块的电压和电流采样信号并发送至所述上位机；

步骤600: 上位机实时显示接收到的测试数据；

步骤700: PC机调整所述控制参数并发送到所述实时控制器；

重复上述步骤100-700直至完成测试电机的所有输出性能参数的测量。

本发明实施例的基于实时控制器的电机驱动测试方法快速便捷，在测试前首先需要在PC机上完成基于MATLAB的离线仿真，基于MATLAB完成相关软件算法的设计，得到理想的仿真模型。然后，在此基础上，对程序进行简单的修改，删除仿真时使用的数字模型，同时根据实时控制器提供的地址映射库文件更改实际输入/输出端口，在实时控制器上完成程序的编译和自动加载，然后对上位机软件界面进行设计，对测量变量的选择合适的仪表控件，并把控制器参数和目标指标与相应的输入控件进行关联，之后可以运行实时控制器进行电机驱动的测试。

测试过程大体为：首先，将校准电机和测试系统控制的测试电机安装

在定制的支撑架上，调节两者的中轴线位置将两者调整到相同的位置，然后将两台电机主轴通过联轴器可靠连接。具体测试时，通过PC机程序设定，在实时控制器中运行设定的程序，驱动开源四象限驱动器对测试电机进行驱动，使测试电机输出指定的转速或是转矩。通过PC机更改实时控制器的参数改变被测电机控制系统的转矩和转速大小，通过上位机可视化软件的反馈就可以实现对于测试电机的转速转矩输出性能等参数的测量和标定。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于实时控制器的电机驱动测试系统，其特征在于，包括：实

时控制器，与所述实时控制器连接的开源四象限驱动器、可编程直流电源、传感器测量模块、电机模块、用于进行测试算法离线仿真的 PC机以及用于显示测试数据的上位机，所述电机模块包括测试电机和校准电机；

实时控制器，用于接收所述传感器测量模块采集的电流和电压采样信号，并根据PC机仿真的测试算法输出驱动信号；

开源四象限驱动器，用于接收并放大所述实时控制器输出的驱动信号，输出电机驱动控制信号至所述电机模块；

可编程直流电源，用于向所述开源四象限驱动器提供直流母线电压，并将电流和电压检测信号发送至所述实时控制器；

传感器测量模块，与所述电机模块连接，用于采集所述电机模块的电流和电压采样信号并发送至所述实时控制器。

2.根据权利要求1所述的一种基于实时控制器的电机驱动测试系统，其特征在于，所述实时控制器为dSPACE实时控制器，包括模拟输入/输出接口、数字输入/输出接口、CAN通信接口、以太网接口以及位置编码器接口。

3.根据权利要求2所述的一种基于实时控制器的电机驱动测试系统，其特征在于，所述dSPACE实时控制器的模拟输入接口连接所述传感器测量模块的输出端，所述dSPACE实时控制器的数字输出接口连接所述开源四象限驱动器的输入端，所述dSPACE实时控制器的位置编码器接口连接所述电机模块的输出端，所述dSPACE实时控制器与PC机及上位机均通过以太网相连接，进行数据的实时交换。

4.根据权利要求1所述的一种基于实时控制器的电机驱动测试系统，其特征在于，所述开源四象限驱动器包括直流母线、通用三相桥单元、与所述通用三相桥单元连接的IGBT驱动单元以及接口单元，所述接口单元包括1组三相PWM接口和3组IO模拟PWM接口，所述通用三相桥单元和IGBT驱动单元分别通过1组三相PWM接口和3组IO模拟PWM接口连接所述实时控制器。

5.根据权利要求1所述的一种基于实时控制器的电机驱动测试系统，其特征在于，所述传感器测量模块包括不同量程的多个霍尔电流传感器和电压传感器，分别用于获取所述电机模块的电流和电压采样信号。

6.根据权利要求5所述的一种基于实时控制器的电机驱动测试系统，其特征在于，还包括与所述传感器测量模块连接的信号调理模块，用于调理所述电流和电压采样信号。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种基于实时控制器的电机驱动测试系统，其特征在于，还包括联轴器和支撑架，所述校准电机和测试电机安装于所述支撑架上， 所述校准电机和测试电机的电机主轴通过联轴器连接。

8.一种基于实时控制器的电机驱动测试方法，其特征在于，包括：

步骤a: PC机发送测试算法及控制参数到所述实时控制器；

步骤b: 实时控制器运行所述测试算法并发送驱动信号至所述开源四象限驱动器；

步骤c: 开源四象限驱动器生成电机驱动控制信号至所述电机模块；

步骤d: 电机模块根据所述电机驱动控制信号运转并输出性能参数值;

步骤e: 传感器模块采集所述电机模块的电压和电流采样信号并发送至所述上位机；

步骤f : 上位机实时显示接收到的测试数据；

步骤g: PC机调整所述控制参数并发送到所述实时控制器；

重复上述步骤a-g直至完成测试电机的所有输出性能参数的测量。